Охранные кольца и наперстковые камеры

Распространенным типом ионизационной камеры является цилиндрическая или «наперстковая» камера. Сечение типовой наперстковой камеры показано на рис. 5.8. Преимущества наперстковой камеры состоят в том, что она имеет отчасти меньший размер, практически отсутствует зависимости от ориентации в поле излучения, является более надежной и безотказной. Внешняя стенка камеры толщиной в доли миллиметра обычно выполняется из проводящего пластика или графита. Для измерения высокоэнергетического фотонного излучения стенка камеры наращивается добавлением накопительной крышки.

Рис. 5.8. Наперстковая ионизационная камера

В центре наперстковой камеры находится провод из проводящего материала, немного недостигающий до конца камеры. Этот провод, называемый «коллектором», собирает заряд, формируемый отрицательными ионами и электронами, либо положительными ионами, в зависимости от полярности коллектора по отношению к внешней проводящей стенке. Электрическое поле, образованное между собирающим электродом и внутренней стенкой камеры стягивает заряженные частицы к собирающим электродам, где они измеряются в измерительной схеме.

Центровка электрода обеспечивается изоляционным материалом, который также ограничивает один из краев собирающего объема. К выбору материала изолятора необходимо подходить со всей тщательностью. Удельное сопротивление материала должно быть достаточно большим чтобы ограничить прохождение электрического тока через изолятор, в противном случае этот ток наложится на измеряемый ионизационный ток, образованный в газе. Кроме того, за счет напряжения смещения возникают малые токи по поверхности изолятора. Для снижения поверхностных токов, поверхностное сопротивление материала также должно быть большим.

Токи через изолятор и по его поверхности схематично показаны пунктирными линиями на рис. 5.9. Поверхностный ток обычно в значительной степени превышает объемный. Эти нежелательные тока называют токами «утечки». В используемых ИК токи утечки должны быть минимизированы настолько, насколько это возможно. Максимальный приемлемый ток утечки зависит от величины «истинного» ионизационного тока и требуемой точности измерения. Типовые токи утечки в малых ИК (доли см³) составляют менее 10^-14 А.

Рис. 5.9. Токи утечек в ионизационных камерах

Ранее была описана эффективность использования охранных колец для определения собирающего объема в плоских цилиндрических камерах. Охранные электроды имеют вторую функцию, состоящую в снижении нежелательных поверхностных токов. Охранные электроды могут быть целенаправленно размещены на поверхности изоляторов между противоположно смещенными электродами (коллектор и стенка). На рис. 5.10 показана наперстковая камера с охранным кольцом, полностью окружающим коллектор, но не находящимся с ним в контакте. Охранное кольцо имеет тот же потенциал, что и коллектор, следовательно, электрическое поле вблизи зазора A ничтожно и результирующий поверхностный ток очень мал. Однако, в зазоре B между охранным кольцом и стенкой камеры формируется большая разность потенциалов, и токи утечки в этом месте могут быть существенны. Однако в показанной на рисунке конструкции эти относительно высокие токи утечки протекают напрямую через источник питания, в обход измерительного устройства, и не измеряются. При такой конструкции измеряется, главным образом, только ионизационный ток, образованный в газе внутри камеры.

Рис. 5.10. Наперстковая ионизационная камера с охранным кольцом